(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋め込み型医療装置とともに使用するための外部充電器であって、
中心軸の周囲に巻装されている、埋め込み型医療装置に電力を供給する磁場を発生させるための一次コイルと、
前記一次コイルの中心部内に位置し、前記中心軸に垂直な複数の第２の軸の周囲に巻装されている、前記埋め込み型医療装置からの前記磁場の反射を検知するための複数の検知コイルと、
前記一次コイルの前記埋め込み型医療装置に対する整列度を、検知された前記反射に応じて前記複数の検知コイルから得た電気的測定値に基づいて判定するための整列度検知回路と、
を備えることを特徴とする外部充電器。
【請求項２】
前記外部充電器の埋め込み型医療装置に対する不整列をユーザに示すための、前記整列度検知回路に結合された位置表示回路をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の外部充電器。
【請求項３】
前記表示回路が、前記外部充電器の埋め込み型医療装置に対する前記整列度を改善する方法をユーザにさらに示す、
ことを特徴とする請求項２に記載の外部充電器。
【請求項４】
前記表示回路が、前記外部充電器上の視覚インジケータを作動させる、
ことを特徴とする請求項２に記載の外部充電器。
【請求項５】
前記視覚インジケータが、前記外部充電器の前記埋め込み型医療装置に対する前記整列度を改善するために前記外部充電器を動かすべき方向を示す、
ことを特徴とする請求項４に記載の外部充電器。
【請求項６】
前記位置表示回路が、別の外部装置に不整列情報を送信する、
ことを特徴とする請求項２に記載の外部充電器。
【請求項７】
前記別の外部装置が、前記外部充電器の前記埋め込み型医療装置に対する前記整列度を改善するために前記外部充電器をどのように動かすべきかを示す、
ことを特徴とする請求項６に記載の外部充電器。
【請求項８】
前記電気的測定値が、前記複数の検知コイルの少なくとも１つにまたがる電圧を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の外部充電器。
【請求項９】
前記複数の検知コイルが、少なくとも１対の検知コイルを含み、前記各対におけるコイルが前記一次コイルの中心軸をまたぐ、
ことを特徴とする請求項１に記載の外部充電器。
【請求項１０】
前記各対におけるコイルが、前記一次コイルの前記中心軸に垂直な軸の周囲に巻装される、
ことを特徴とする請求項９に記載の外部充電器。
【請求項１１】
前記各対におけるコイルが互いに接続されている、
ことを特徴とする請求項９に記載の外部充電器。
【請求項１２】
前記各対におけるコイルが、直列に、かつ端部同士を接続されている、
ことを特徴とする請求項１１に記載の外部充電器。
【請求項１３】
前記各対におけるコイルが互いに接続されていない、
ことを特徴とする請求項９に記載の外部充電器。
【請求項１４】
互いが直交に配置された２対の検知コイルを備える、
ことを特徴とする請求項９に記載の外部充電器。
【請求項１５】
前記一次コイルの前記中心軸に対して三角形に位置する３つの検知コイルを備える、
ことを特徴とする請求項９に記載の外部充電器。
【請求項１６】
複数の前記第２の軸は、前記一次コイルの平面内に配置され、それぞれ特定の軸方向の不整列を測定するように配向されている、ことを特徴とする請求項１に記載の外部充電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願との相互参照〕
本国際出願は、２００９年７月６日に出願された米国特許出願公開第１２／４９８，０４９号に対する優先権を主張するものであり、該特許出願はその全体が引用により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
本発明は、外部充電器と埋め込み型装置の間の整列度を改善するための技術に関する。
【背景技術】
【０００３】
埋め込み型刺激装置は、様々な生物学的障害を治療するために電気刺激を発生して体の神経及び組織へ送出するものであり、心不整脈を治療するためのペースメーカ、心細動を治療するための除細動器、難聴を治療するための蝸牛刺激装置、失明を治療するための網膜刺激装置、協調四肢運動を生み出すための筋刺激装置、慢性疼痛を治療するための脊髄刺激装置、運動及び精神障害を治療するための脳皮質及び深部刺激装置、及び尿失禁、睡眠時無呼吸症、肩関節亜脱臼などを治療するためのその他の神経刺激装置などがある。本発明は、全てのこのような用途に適用性を見出すことができるが、以下の説明は、一般に２００５年７月８日に出願された米国特許出願公開第１１／１７７，５０３号に記載されるような脊髄電気刺激（ＳＣＳ）システム内で本発明を使用することに焦点を絞る。
【０００４】
脊髄電気刺激法は、特定の患者集団の痛みを軽減するために広く受け入れられている臨床方法である。通常、ＳＣＳシステムは、埋め込み型パルス発生器（ＩＰＧ）、電極、少なくとも１つの電極リード、及び任意に少なくとも１つの電極リード延長部を含む。図１に示すように、通常、電極リード１０２の遠位端に存在する電極１０６が、脊髄１９の硬膜７０に沿って埋め込まれ、ＩＰＧ１００が電気パルスを生成し、これが電極１０６を介して脊柱１９内の神経繊維に送出される。電極１０６を所望のパターン及び間隔で配置して、電極アレイ１１０を形成する。１又はそれ以上の電極リード１０２内の個々のワイヤ１１２が、アレイ１１０内の各電極１０６に接続する。（単複の）電極リード１０２は、脊柱１９から出て、１又はそれ以上の電極リード延長部１２０に結合することができる。電極リード延長部１２０は、患者の胴体周囲を抜けてＩＰＧ１００が埋め込まれた皮下ポケットまで延びる。或いは、電極リード１０２をＩＰＧ１００に直結してもよい。
【０００５】
明らかなように、ＩＰＧが機能するには電力が必要である。このような電力は、充電式又は非充電式バッテリの使用、又は外部充電器からの電磁（ＥＭ）誘導、或いはこれらの及びその他の方法の組み合わせなどのいくつかの異なる方法で供給することができ、これらの方法は、米国特許第６，５５３，２６３号（「’２６３特許」）にさらに詳細に記載されている。恐らく、これらの方法の本命は、ＩＰＧ内でリチウムイオン電池又はリチウムイオンポリマー電池などの充電式バッテリを使用することである。一般に、このような充電式バッテリは、再充電されるまでの間、ＩＰＧを（１日又はそれ以上などの）十分な期間にわたって作動させるのに十分な電力を供給することができる。充電は、外部充電器によってＩＰＧにＥＭ場を送るＥＭ誘導を使用して行うことができる。従って、バッテリに充電が必要な場合、ＩＰＧを埋め込まれた患者は、外部充電器を起動して（例えば、患者が眠っている夜間又はその他の都合の良い時間などに）バッテリを経皮的に（すなわち、患者の肌を通じて）充電することができる。
【０００６】
このようなシステムの基本を図２に示す。図示のように、このシステムは、関連部分において外部充電器２０８及びＩＰＧ１００を備える。充電器２０８内の一次コイル１３０が、患者の肌２７８を通じて経皮的に伝達できるＥＭ場２９０を発生させる。外部充電器２０８には、例えば、バッテリ、又は壁コンセントへの接続などのいずれかの公知の手段によって電力を供給することができる。ＥＭ場２９０は、ＩＰＧ１００において別のコイル２７０に迎えられ、この結果このコイル２７０内にＡＣ電圧が誘起される。さらにこのＡＣ電圧は、標準的なブリッジ回路を含むことができる整流器６８２においてＤＣ電圧に整流される。（ＥＭ場２９０に関連するデータテレメトリがさらに存在する場合もあるが、この詳細については、本開示とは無関係なものとして無視する）。次に、この整流ＤＣ電圧が、一般にＤＣ電圧を調整し、バッテリ１８０を再充電する必要に応じて定電圧又は定電流出力を生成するように動作する充電コントローラ及び保護回路６８４へ送られる。
【０００７】
図３に、ハウジングの頂部を取り除いた外部充電器２０８のさらなる詳細を示す。外部充電器に関するさらなる詳細については、２００６年７月２８日に出願された米国特許出願公開第１１／４６０，９５５号に記載されている。図３に示すように、一次コイル１３０が存在する平面に対して垂直な方向に突出部分を有する一次コイル１３０内を反時計回り方向に流れる電流１１４が、磁場２９０を引き起こす。通常、一次コイル１３０は、幾重にも巻いたリッツ銅線で形成されるが、明確にするために、図３には個々の巻きは示していない。従って、外部充電器２０８の容器の面を、一次コイル１３０がＩＰＧ１００内の対応するコイルと平行になるようにして埋め込み装置のごく近くに配向した場合、一次コイル１３０により発生した磁場が、対応するコイル内に電流を誘起して、ＩＰＧ１００内のバッテリを充電し、又はＩＰＧ１００に別様に電力を供給する。
【０００８】
このシステムは、外部充電器２０８内に一次コイルが存在し、ＩＰＧ１００内に二次コイルが存在する変圧器に類似する。この結合の効率は、２つのコイル間の整列度に大きく依存し、この効率を結合係数ｋとして表すことができる。誘導リンクの効率を最適化するには、良好な結合係数を達成することが不可欠である。良好な結合は、埋め込み装置に伝達される電力を増加させるだけでなく、埋め込み装置内の加熱を最小限に抑えるとともに外部充電器の電力要件も下げ、これにより充電器の加熱が抑えられてフォームファクタを小さくすることができる。外部充電器２０８と埋め込み装置の間に何らかのデータテレメトリが存在する場合にも、適切な結合が不可欠である。
【０００９】
通常、従来技術の外部充電器２０８の動作は、ユーザへの音声フィードバックを使用するものである。従って、充電を開始すると、外部充電器２０８が誘起磁場２９０を発生し、本明細書でさらに詳細に説明するようにＩＰＧ１００を探し始める。充電器２０８とＩＰＧ１００の間の結合が良好でない場合には、外部充電器２０８内の音声変換器が（ビープ音などの）間欠的な可聴音を発し、このビープ音により、外部充電器をＩＰＧに対して動かすようにユーザに警告する。位置及び結合が改善されると、充電器２０８はビープ音を停止し、両面粘着パッド又はベルトを使用することにより、充電器２０８の位置がＩＰＧ１００の真上の適所に保持される。充電器２０８の位置がＩＰＧ１００に対して再び良好でなくなった場合、音声変換器が再びビープ音を鳴らし始めて、充電器２０８のＩＰＧ１００に対する位置を再調整できるようにする。ＩＰＧバッテリが完全に充電されると、ＩＰＧ１００からのバックテレメトリリンクが充電器２０８に通信を行い、この状態を再び可聴信号で患者に知らせることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第１１／１７７，５０３号明細書
【特許文献２】米国特許第６，５５３，２６３号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第１１／４６０，９５５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、正しいシステム機能、エネルギー伝達、及び患者に対する安全性にとっては、外部充電器と埋め込み装置が正しく整列することが不可欠である。しかしながら、このことはこれまで達成が困難であった。特に、発明者らは、従来技術の外部充電器が、充電器に対して良好に整列した深い位置に埋め込まれた装置と、充電器に対して良好に整列していない浅い位置に埋め込まれた装置とを区別することは困難であると気づいた。外部充電器２０８にとっては、いずれのシナリオも同じように映る。この結果、患者は、結合がうまくいっていないことだけは分かるが、充電器を試行錯誤して再配置する以外にこの状況を改善する方法が分からない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
これらの欠点に鑑み、埋め込み型装置の技術分野は、外部充電器と埋め込み型装置の間の結合を改善して、充電器の埋め込み装置に対する相対的位置を正確に示す能力、充電効率の増加、充電速度の高速化、患者の安全性及び快適性の増加、電力要件の低下、及びフォームファクタの小型化を実現する技術から恩恵を受けると思われる。本開示は、このような解決策を提示する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来技術による、埋め込み型パルス発生器（ＩＰＧ）、外部充電器、及びＩＰＧに電極アレイが結合されている態様を示す図である。
【図２】埋め込み型パルス発生器に充電するための外部充電器を備えた従来技術のシステムを、ＩＰＧの充電コントローラ及びバッテリ保護の側面を含めて示す図である。
【図３】埋め込み型医療装置のための従来技術の外部充電器の斜視図である。
【図４Ａ】従来技術の外部充電器の一次コイルが患者の皮膚の外面又はこの近くに位置し、埋め込み型医療装置の二次コイルが患者の皮膚の内面近く又はここから離れて位置する一般的な構成を示す図である。
【図４Ｂ】従来技術の外部充電器の一次コイルが患者の皮膚の外面又はこの近くに位置し、埋め込み型医療装置の二次コイルが患者の皮膚の内面近く又はここから離れて位置する一般的な構成を示す図である。
【図４Ｃ】従来技術の外部充電器の一次コイルが患者の皮膚の外面又はこの近くに位置し、埋め込み型医療装置の二次コイルが患者の皮膚の内面近く又はここから離れて位置する一般的な構成を示す図である。
【図５Ａ】埋め込み型医療装置のための改善した外部充電器の１つの考えられる実施形態の斜視図である。
【図５Ｂ】改善した外部充電器の一次コイルが患者の皮膚の外面又はこの近くに位置し、埋め込み型医療装置の二次コイルが患者の皮膚の内面近くに位置する一般的な構成を示す図である。
【図５Ｃ】計装用増幅器へ出力が送られる２つの検知コイルを示す図である。
【図５Ｄ】埋め込み型医療装置のための改善した外部充電器を備えたシステムの回路のブロック図である。
【図５Ｅ】直列に、かつ端部同士を接続した２つの検知コイルを示す図である。
【図５Ｆ】埋め込み型医療装置のための改善した外部充電器を備えたシステムの回路のブロック図である。
【図５Ｇ】改善した外部充電器の一次コイルが患者の皮膚の外面又はこの近くに位置し、埋め込み型医療装置の二次コイルが患者の皮膚の内面から離れて位置する一般的な構成を示す図である。
【図５Ｈ】改善した外部充電器の一次コイルが患者の皮膚の外面又はこの近くに位置し、埋め込み型医療装置の二次コイルが患者の皮膚の内面から離れて位置する一般的な構成を示す図である。
【図６Ａ】埋め込み型医療装置のための改善した外部充電器の別の実施形態の斜視図である。
【図６Ｂ】埋め込み型医療装置のための改善した外部充電器を備えたシステムの回路図である。
【図６Ｃ】埋め込み型医療装置のための改善した外部充電器を備えたシステムの平面図である。
【図７】埋め込み型医療装置のための改善した外部充電器の１つの考えられる実施形態の斜視図である。
【図８】埋め込み型パルス発生器を充電するための改善した外部充電器を備えたシステムを、外部充電器の整列度検知及び位置表示回路を含めて示す図である。
【図９】外部充電器のＩＰＧに対する正しい整列を確実にするための技術の１つの実施形態を詳述するフロー図である。
【図１０】埋め込み型パルス発生器を充電するための改善した外部充電器の１つの実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の説明は、本発明を脊髄電気刺激（ＳＣＳ）システム内で使用することに関する。しかしながら、本発明はこのように限定されるものではない。むしろ、本発明は、外部充電器と埋め込み型装置の間の整列度を改善することから恩恵を受けることができるあらゆる種類の埋め込み型医療装置システムとともに使用することができる。例えば、本発明を、ペースメーカ、埋め込み式ポンプ、除細動器、蝸牛刺激装置、網膜刺激装置、協調四肢運動を生み出すように構成された刺激装置、脳皮質及び深部刺激装置を充電するように構成された外部充電器を使用するシステムの一部として、或いは尿失禁、睡眠時無呼吸、肩関節亜脱臼などを治療するように構成された他のあらゆる刺激装置において使用することができる。さらに、この技術は、非医療用及び／又は非埋め込み型装置又はシステム、すなわち第１の装置と第２の装置の間の正しい結合が必要な又は望ましいあらゆる装置又はシステムにおいても同様に使用することができる。
【００１５】
上述したように、外部充電器は、外部充電器と良好に整列している深い位置の埋め込み装置と、外部充電器と整列していない浅い位置の埋め込み装置とを区別することが難しいので、外部充電器と埋め込み装置の間の正しい結合を実現することは困難と成り得る。外部充電器にとっては、両シナリオは同じように映る。本発明は、埋め込み装置から反射された磁場を検知することにより、埋め込み装置の充電器に対する位置を判定するための改善した手段を有する改善した外部充電器を提供する。
【００１６】
１つの実施形態では、外部充電器２０８が、深い位置の埋め込み装置と整列していない埋め込み装置とを差別化するのを支援するための磁場検知コイルを含む。これらの磁場検知コイルの使用を通じ、埋め込み装置からの反射磁場を検知することにより、埋め込み型装置の位置を判定することができる。１つの実施形態では、充電コイル内の充電コイルに平行な１又は複数の平面に３又はそれ以上の磁場検知コイルが配置される。別の実施形態では、充電コイル内の充電コイルに垂直な１又はそれ以上の平面に２又はそれ以上の磁場検知コイルが配置される。検知コイルの相対的反射磁界強度を比較することにより、埋め込み装置の位置を判定することができる。その後、音声及び／又は視覚フィードバックを患者に伝達して、患者が充電器の整列度を改善できるようにすることができる。
【００１７】
図４Ａに、従来技術による、誘導結合を通じてＩＰＧ１００を経皮的に充電するように構成された一次コイル１３０を示す。上述したように、充電器２０８は、ＡＣ電流源１７０を介してＡＣ電流１１４が通過する一次コイル１３０を含む。この電流１１４により、複数の磁束線１６０として示す誘起磁場２９０が発生する。磁束線１６０は、基本的に皮膚２７８のこれらが通過する表面に垂直である。また、一次コイル１３０の中心近くの磁束線１６０は、実質的にコイルの中心軸２７５に平行である。上述したように、ＩＰＧ１００内の対応するコイル２７０が、この磁気エネルギーを電流に変換し、この電流が回路により整流され、これを使用してＩＰＧ１００内のバッテリ１８０を充電する。通常、充電器２０８とＩＰＧ１００の間の距離は、約１〜５センチメートルである。
【００１８】
一次コイル１３０及び二次コイル２７０は、実質的に円形ループの形状を呈し、当業者であれば理解するように、通常は数回巻いたワイヤで形成される。しかしながら、コイル１３０及び２７０の実質的に円形の形状は例示にすぎないことを認識できよう。一次コイル１３０の巻きは、中心軸２７５を有する中心開口部すなわちアパーチャを定める。皮膚２７８の表面は必ずしも平坦でないことを認識できよう。従って、一次コイル１３０の中心軸２７５は、皮膚２７８の表面に対してほぼ又は実質的に垂直であるにすぎないこともある。
【００１９】
誘起磁場２９０は、ＩＰＧの通常は金属である容器１０１内に、又はＩＰＧ１００内の他の導電構造内に渦電流を発生させる。このような渦電流は、反射磁場２９５を生み出すように作用し、この反射磁場２９５が、一次コイル１３０の相互インダクタンスを変化させるように作用して、事実上コイルを「離調」する。このような離調により、Ｖｃｏｉｌ、すなわち一次コイル１３０内で電流を生成するために使用する電圧が変化する。従って、Ｖｃｏｉｌをモニタすることにより、外部充電器２０８とＩＰＧ１００の間の相対的結合を推測することができる。結合が高まるにつれてＶｃｏｉｌは減少し、通常、この現象は、外部充電器２０８とＩＰＧ１００が互いに近づいているときに生じる。
【００２０】
しかしながら、この外部充電器２０８とＩＰＧ１００の間の結合をモニタする手段は、距離と不整列を見分けることができず、このような状態を図４Ｂ及び図４Ｃに示す。図４Ｂに、患者内に比較的深く埋め込まれているが、その他の点では軸の観点からすれば良好に整列している、すなわちコイル軸２７５及び２７６（図４Ａを参照）が互いにずれていないＩＰＧ１００を示す。これとは対照的に、図４Ｃには、患者に比較的浅く埋め込まれているが整列しておらず、すなわちコイル軸２７５及び２７６（図４Ａを参照）が大きくずれているＩＰＧ１００を示す。これらの場合、いずれも外部充電器とＩＰＧ１００の間の結合は比較的良好でなく、この結果、ＶｃｏｉｌがＩＰＧ１００によって大きく影響されることはない。しかしながら、Ｖｃｏｉｌの大きさは両方の状態に関して同じになることもあるので、Ｖｃｏｉｌを使用して深さ（図４Ｂ）と不整列（図４Ｃ）を見分けることはできない。この結果、外部充電器２０８、最終的には患者がＶｃｏｉｌを使用して、結合が良好でない理由、又は外部充電器２０８を適切に再配置することによって良好でない結合を修正する方法を得ることはできない。
【００２１】
図５Ａに、埋め込み装置の相対位置を判定し、従って充電器／装置の整列度を改善する方法をユーザに示すことによって結合を最大化する能力を有する改善した外部充電器２１０の１つの実施形態を示す。この実施形態では、４つの磁場検知コイル２３０が、各々が２つの接続された検知コイルから成る２対（２３０ｘ及び２３０ｙ）の形で配置される。検知コイル２３０ｘ及び２３０ｙの対は、各々が一次コイル１３０内に、中心軸２７５（図５Ｂ）に平行な軸の周囲に複数の検知コイルが巻装されるように配置される。
【００２２】
磁場検知コイル２３０は、これらを通過する反射磁場２９５の量を検出するように設計される。個々の対２３０ｘ及び２３０ｙは、個々の対内のコイルが中心軸２７５から等距離にあって互いに向かい合うようにして、一次コイル１３０の中心軸２７５（図５Ｂ）をまたぐ。図示のように、対２３０ｘ及び２３０ｙは、互いに直角に配置される。図５Ｂに、図５Ａに示す実施形態に基づいて配置された検知コイル２３０との誘導結合を介してＩＰＧ１００を経皮的に充電するように構成された一次コイル１３０を示す。以下でより詳細に説明するように、個々の検知コイルの対２３０ｘ及び２３０ｙの個々の検知コイル２３０内で誘起された反射磁界の強さなどの電気的測定値を比較することにより、外部充電器２１０の位置表示回路２７９（図５Ｃ〜図５Ｆ）によって埋め込み装置のｘ方向及びｙ方向の両方の位置を判定することができる。その後、埋め込み装置の位置についての音声及び／又は視覚フィードバックを患者に伝達して充電器の整列度を改善することができる。
【００２３】
図５Ｃの実施形態では、整列度検知回路２８１により、一次コイル１３０のＩＰＧ１００に対する整列度が判定される。ｘ誤差電圧２７２ｘ，ｙ誤差電圧２７２ｙを含む整列度検知回路２８１の出力が位置表示回路２７９に供給され、この回路が、外部充電器２１０の埋め込み型医療装置に対する不整列をユーザに示す。ユーザに不整列を示すこのような手段については、さらに後で説明する。
【００２４】
図５Ｃに、図５Ａ及び図５Ｂに示す改善した外部充電器２１０の検知コイルの対２３０ｘの１つの考えられる構成を示す。この実施形態では、説明を簡単にするために、ＩＰＧ１００の外部充電器２１０とのｘ方向の不整列を判定するために使用する検知コイル２３０ｘ１及び２３０ｘ２のみを示す。この実施形態を利用する完全な外部充電器２１０は、ｙ方向の不整列を測定するための対応する検知コイル２３０ｙ１及び２３０ｙ２の対も有し、これについては図５Ｄで分かり、以下でさらに詳細に説明する。図５Ｃの実施形態では、検知コイル２３０ｘ及び２３０ｙは互いに接続されておらず、すなわち個々の検知コイル２３０ｘは、接地された一方の端子と、個々の検知コイル２３０ｘにおいて測定した電圧を示す信号を出力する検出器２７４に接続された他方の端子とを有する。各検出器２７４は、例えば単一のダイオードを使用する半波整流器として実現することができる。
【００２５】
次に、検知コイルの対内の各検出器２７４からのＶｃｏｉｌＸ１及びＶｃｏｉｌＸ２などの出力信号が、当業者には公知の、供給された２つの信号間の差分を増幅する計装用増幅器２７３ｘへ送られる。計装用増幅器２７３ｘの出力２７２ｘは、「誤差電圧」としても知られている誤差表示信号である。この誤差電圧は、外部充電器２１０と埋め込み型医療装置１００の特定の方向に関する整列度を示す。ｘ誤差電圧とｙ誤差電圧の場合、これらの方向は互いに垂直である。図５Ｃ及び図５Ｄの実施形態では、各検知コイルの対内の各検知コイルの電圧を互いに比較して、特定の方向に関する誤差電圧を生成する。換言すれば、整列度検知回路２８１は、第１及び第２の方向に関する不整列を示す第１の指標及び第２の指標を導き出す。次に、出力２７２ｘ及び２７２ｙをアナログ信号からデジタル信号に変換し、その後これを改善した外部充電器２１０の位置表示回路２７９へ送って、埋め込み型医療装置１００の位置を判定するとともに、外部充電器２１０の埋め込み型医療装置１００との整列度（アライメント）をどのように改善するかに関する適当な命令をユーザに送出できるようにすることができる。
【００２６】
図５Ｄは、図５Ｃに示す改善した外部充電器２１０の整列度検知回路２８１を示す回路図である。図５Ｃを参照しながら上述したように、外部充電器２１０内の各検知コイル２３０は検出器２７４に接続される。次に、「検知コイルの対」内の各検出器２７４、例えば検知コイル２３０ｘ１及び２３０ｘ２の電圧を測定する検出器からの出力信号（図５Ｄではこれらの出力信号をそれぞれＶｃｏｉｌＸ１及びＶｃｏｉｌＸ２として示す）が、供給された２つの信号間の差分を増幅する上述したような計装用増幅器２７３ｘへ送られる。
【００２７】
ＩＰＧ１００が、ｘ方向において検知コイル２３０ｘ２よりも検知コイル２３０ｘ１の方に近い場合、検知コイル２３０ｘ１において検出される電圧（例えば５０Ｖ）は、検知コイル２３０ｘ２において検出される電圧（例えば５２Ｖ）よりも低くなる。この正の２つのボルトの差分（ＶｃｏｉｌＸ２−ＶｃｏｉｌＸ１）により、計装用増幅器２７３ｘは正の電圧信号を出力する。そうではなく、ＩＰＧ１００が、ｘ方向において検知コイル２３０ｘ２の方に近い場合、検知コイル２３０ｘ１における電圧（例えば５２Ｖ）は、検知コイル２３０ｘ２において検出される電圧（例えば５０Ｖ）よりも高くなる。この場合、負の２つのボルトの差分により、計装用増幅器２７３ｘは負の電圧信号を出力する。換言すれば、計装用増幅器２７３ｘにより出力される信号の大きさは、ＶｃｏｉｌＸ１とＶｃｏｉｌＸ２の間の差分の大きさに正比例する。この差分の大きさは、一次コイル１３０とＩＰＧ１００の相対的な近さも示す。例えば、２３０ｘ１及び２３０ｘ２において測定した電圧が、上記の例のような５０Ｖ及び５２Ｖではなく４５Ｖ及び５７Ｖであった場合、信号間の差分は１２Ｖとなり、計装用増幅器２７３ｘにより出力される信号の大きさは、５２Ｖ／５０Ｖの例よりも大きくなる。４５Ｖ／５７Ｖの例における計装用増幅器２７３ｘの出力の方が大きいことにより、５０Ｖ／５２Ｖのシナリオよりも４５Ｖ／５７Ｖのシナリオの方がＩＰＧ１００が検知コイル２３０ｘ１の一層近くに位置していたことが位置表示回路２７９に示される。従って、この実施形態では、ＩＰＧ１００のｘ方向における相対位置に関する詳細情報を提供することができる。理解されるように、同時に検知コイル２３０ｙ１及び２３０ｙ２も同じ処理を実行してＩＰＧ１００のｙ方向の相対位置を判定することにより、外部充電器２１０がＩＰＧ１００の位置の全体像を提供できるようになる。
【００２８】
しかしながら、この実施形態の検知コイル２３０は一次コイル１３０と同一平面内に配置されるので、一次コイル１３０からの結合に起因して、測定した磁界強度のバイアスが大きくなる。図５Ｄに関して上述した例では、５２Ｖと５０Ｖの差分は、検知コイル上で測定した絶対電圧と比較した場合、それほど大きくない（すなわち２Ｖ）。従って、２つの検知コイルの電圧間の差分を高い解析精度で迅速に計算することは困難な場合がある。
【００２９】
図５Ｅ及び図５Ｆに示す別の実施形態は、この問題の解決策を示すものである。具体的には、この実施形態の検知コイル２３０ｘ１及び２３０ｘ２は、直列に、かつ「端部同士」が互いに接続される。本明細書で使用する「端部同士」という用語は、一方の検知コイル、すなわち図５Ｅに示す「Ｂ」端子の端部がもう一方の検知コイルの端部、すなわち「Ｂ」端子に接続されることを単純に意味する。或いは、一方の検知コイル、すなわち図５Ｅに示す「Ａ」端子の開始部をもう一方の検知コイルの開始部、すなわち「Ａ」端子に接続してもよい。「開始部」及び「端部」という用語、及び「Ａ」端子及び「Ｂ」端子という指定は検知コイルに関するものであり、検知コイルの対内の各検知コイルに関して同じであるべき誘起磁場の方向により定義される。このようにして検知コイルを端部同士で接続することにより、検知コイル２３０ｘ１と検知コイル２３０ｘ２の間の同相ＡＣ電圧が打ち消される。換言すれば、検知コイル２３０ｘ１の「Ａ」端子上で測定した電圧は、検知コイル２３０ｘ１の電圧と２３０ｘ２の電圧の差分となる。このコイル同士を接続する態様は、基本的に図５Ｃ及び図５Ｄを参照しながら説明した計装用増幅器２７３の機能を実施するものであり、従ってこの実施形態では計装用増幅器が不要となる。
【００３０】
図５Ｃ及び図５Ｄの実施形態に関して上述した５２Ｖ／５０Ｖの例の場合、図５Ｅ及び図５Ｆの実施形態は、同期検出器２８４に２Ｖの信号を単純に出力する。この信号は、外部充電器２１０とＩＰＧ１００の不整列を示す非常に明確な非ゼロ信号となる。図５Ｃ及び図５Ｄの実施形態で行ったように、２つの異なる比較的大きな電圧測定値を比較し、結果として得られた差分を有意義な情報を得るのに十分な解析精度で増幅する必要はない。図５Ｅ及び図５Ｆの実施形態において唯一得る必要のある測定値は、各検知コイルの対の出力電圧の大きさである。予想されるように、この実施形態では、検知コイル２３０ｘ１及び２３０ｘ２に対してＩＰＧ１００を対称的に中心に置いた場合、同期検出器２８４においてゼロの正味電圧が得られる。当業者であれば理解できるように、同期検出器２８４は、説明を簡単にするために図示していないタイミング基準信号にも接続する必要がある。
【００３１】
各同期検出器２８４ｘ及び２８４ｙの出力２７２ｘ及び２７２ｙは、「誤差電圧」としても知られている誤差表示信号である。この誤差電圧は、外部充電器２１０と埋め込み型医療装置１００の特定の方向に関する整列度を示す。ｘ誤差電圧及びｙ誤差電圧の場合には、方向が互いに垂直である。この実施形態では、各検知コイルの対の電圧を測定して特定の方向に関する誤差電圧を生成する。その後、この誤差電圧をアナログ信号からデジタル信号に変換し、改善した外部充電器２１０の位置表示回路２７９へ送ることにより、埋め込み型医療装置１００の位置を判定して、埋め込み型医療装置１００との外部充電器２１０の整列度を改善する方法に関する適当な命令をユーザに送出できるようにする。
【００３２】
図５Ｇに、埋め込み型医療装置１００が患者の体に深く埋め込まれているが、外部充電器２１０と良好に整列しているシナリオを示す。このシナリオでは、磁場検知コイル２３０の各々が均等な反射磁束を拾うので、すなわちＶｃｏｉｌＸ１、ＶｃｏｉｌＸ２、ＶｃｏｉｌＹ１及びＶｃｏｉｌＹ２が全て等しいので、各コイルが同様のＶｃｏｉｌを有するようになる。従って、検知コイルの対の各々における測定した２つの検知コイルの電圧の差分はゼロに近くなり、位置表示回路２７９は、外部充電器２１０がＩＰＧ１００と正しく、すなわち対称的に整列したと判定する。
【００３３】
図５Ｈには、埋め込み型医療装置１００が患者の体に浅く埋め込まれているが、外部充電器２１０と整列しておらず、具体的にはｙ方向にゆがんだシナリオを示している。上述したように、従来技術の外部充電器は、図５Ｇに示すシナリオと図５Ｈに示すシナリオを区別することができない。しかしながら、改善した外部充電器２１０では、これらの２つのシナリオが区別可能となる。図５Ｈに示すシナリオでは、検知コイル２３０ｙ２が過度に大きな量の反射磁束を拾うので、磁場検知コイル２３０ｙ２が測定するＶｃｏｉｌ（ＶｃｏｉｌＹ２）の方が、検知コイル２３０ｙ１（ＶｃｏｉｌＹ１）よりも低くなる。上述したように、整列度検知回路２８１は、ＶｃｏｉｌＹ１の値とＶｃｏｉｌＹ２の値を比較する。このシナリオでは、ＶｃｏｉｌＹ１よりもＶｃｏｉｌＹ２の方が小さいと判断され、整列度検知回路２８１は、負の「Ｙ誤差電圧」値２７２ｙを出力する。次に、この信号がデジタル信号に変換され、位置表示回路２７９へ送られて、実際にはＩＰＧ１００が検知コイル２３０ｙ１よりも検知コイル２３０ｙ２の方に近かったこと、すなわち充電器２１０が図示のように左に寄りすぎていたことを意味すると解釈される。その後、外部充電器２１０は、充電器２１０を右へ動かして、外部充電器２１０と埋め込み型医療装置１００の電気的結合を最大化するようにユーザに指示することにより、整列度の問題を修正する方法をユーザに示す。検知コイル２３０ｘ１及び２３０ｘ２も同時に同じ処理を実行して、ＩＰＧ１００のｘ方向の位置に関する情報を報告する。
【００３４】
時として、特に埋め込み型装置１００が患者内に深く埋め込まれている場合、埋め込み型装置１００からの反射磁場２９５がそれほど強くないことがある。従って、検知コイル２３０の各々の電圧の非常に小さな差分を検出することが困難な場合がある。回路が電圧の小さな差分に気づくことができるように、測定の解析精度を高くする必要があり得る。また、電場の特性はユーザの呼吸及び心拍によって絶えず変化するので、正しい比較のために全ての検知コイル２３０からの信号をほぼ同時に測定すべきである。
【００３５】
図６Ａに、埋め込み型装置の位置を判定できる改善した外部充電器２１０の代替の実施形態を示す。この実施形態では、一次コイル１３０内に２又はそれ以上の円筒形磁場検知コイル２４０ａ〜ｂが配置され、一次コイル１３０の中心軸２７５に垂直な軸の周囲に巻装される。検知コイル２４０ａ〜ｂの軸が一次コイル１３０の軸に垂直であるため、一次コイル１３０と検知コイル２４０ａ〜ｂの結合が緩和される。従って、検知コイル２４０ａ〜ｂは、埋め込み装置１００から反射される磁場による影響の方を受けやすくなる。検知コイル２４０を、その軸を磁場の方向に対して垂直に、すなわち埋め込み型装置１００と完全に整列した状態で配置した場合、検知コイル２４０ａ及び２４０ｂの電圧はゼロに等しい。しかしながら、整列していない場合には、反射磁場２９５が、検知コイル２４０ａ〜ｂの軸に対して接線方向の成分を含み、この結果非ゼロの電圧が生じる。この接線方向の成分を測定するために、またこの測定によって不整列を推定するために、検知コイル２４０ａ〜ｂを、これらの軸が一次コイル１３０の平面内に存在し、特定の軸方向の不整列を測定するように配向された状態で一次コイル１３０の中心部に配置することが好ましい。従って、埋め込み装置１００のｘ方向の不整列を検出するために１つの検知コイル２４０ｂが必要とされ、埋め込み装置１００のｙ方向の不整列を検出するために別の検知コイル２４０ａが必要とされる。以下で図６Ｃを参照しながら説明する機械的な理由により、個々の軸方向測定のために検知コイル２４０ａと２４０ｂを２つの別個の部分に分割し、その後ワイヤ２４４ａと２４４ｂを使用してこれらの別個の部分を互いに接続することが役に立つ。このようにすることで、軸方向ごとに単一のコイル電圧のみを測定するだけで済む。これらの電圧を比較することにより、埋め込み装置１００の位置を判定することができる。例えば、これらのコイルを空心コイル又はフェライト磁心コイルとして構築することができる。磁場検知コイル２４０ａ〜ｂの中心が埋め込み装置１００の真上にある場合、外部充電器２１０の整列度検知回路２８１（図６Ｂ）によってゼロボルトが登録される。挿入片２４１、及び円筒ホルダ２４２及び２４３の役割については、以下で図６Ｃに関してさらに詳細に説明する。
【００３６】
図６Ｂは、図６Ａに示す改善した外部充電器２１０の整列度検知回路２８１を示す回路図である。一次コイル１３０は、発振器２５１により励起される増幅器２５２によって電力を供給される。励起電圧（Ｖｅ）を基準とするミキサ２５４ａ及び２５４ｂの対を使用して、磁場検知コイル２４０ａ及び２４０ｂを通過する磁束の方向をそれぞれ検出する。磁場検知コイル２４０ａ及び２４０ｂの電圧と励起電圧Ｖｅは位相がずれている場合があるので、追加の移相器２５３を使用して位相を一様にする。ミキサ２５４ａ及び２５４ｂからの出力を低域通過フィルタ２５５ａ及び２５５ｂによりそれぞれフィルタ処理して、ｘ誤差電圧及びｙ誤差電圧を取得し、これらの電圧の大きさが、一次コイル１３０と埋め込み型装置１００の不整列を表す。この大きさの情報が、改善した外部充電器２１０の位置表示回路２７９へ送られ、ここで埋め込み型装置１００の不整列２５９の程度及び方向を判断するための計算が行われる。以下で説明するように、その後ユーザのための表示信号が生成されて、様々なディスプレイ装置又は表示装置のいずれかへ送られる。説明を簡単にするために、図６Ｂには挿入片２４１、及び円筒ホルダ２４２及び２４３を示していない。
【００３７】
図６Ｃは、図６Ａ及び図６Ｂに示す改善した外部充電器装置のための多くの考えられる機械設計の１つを示す平面図である。強磁場内のわずかな歪みを検出するためには、磁場検知コイル２４０ａ及び２４０ｂが正確にバランスを保つ必要がある。検知コイル２４０ａ及び２４０ｂを物理的に動かし、又は傾けることによりこれらの半分のバランスをとることは可能ではあるが、機械的に現実的ではないと思われる。代わりに、検知コイル２４０ａ及び２４０ｂの磁場を「傾け」る方が容易と思われる。この目的のために、通常はフェライト又は粉末状の鉄などの透磁率の高い材料の小片である挿入片２４１を使用することができる。フェライト（又はその他の適当な材料）挿入片２４１をコイルシステム２４０の幾何学的中心に設置しても、磁場の対称性には影響が及ばない。しかしながら、検知コイル２４０ａ又は２４０ｂの軸に沿って挿入片２４１を動かすと、その特定の検知コイルの磁場の「傾き」は変化するが、他のコイルには影響が及ばない。従って、ｘ軸又はｙ軸のいずれかの軸に沿って挿入片２４１を一方向に動かすことにより、ｘ軸コイル２４０ｂ及びｙ軸コイル２４０ａの両方の磁場を傾けることができるようになる。これは、回転式挿入片ホルダ２４３を使用することによって実現することができる。挿入片ホルダ２４３は、２つの同心円筒で作製することができる。大きい方のホルダ円筒２４３の内部で小さい方の円筒２４２を回転させることができる。また、コイルシステム全体の内部で大きい方のホルダ円筒２４３を回転させることができる。挿入片２４１を、小さい円筒２４２の中に円筒の縁部側にずらして非対称的に挿入することが好ましい。その後、小さい円筒２４２を、大きい方のホルダ円筒２４３内に非対称的に挿入する。小さい方の円筒２４２を回転させることにより、挿入片２４１とコイルシステムの主軸の間の変位をゼロから最大値まで変化させることができる。大きい方のホルダ円筒２４３を回転させることによって変位の方向が変化し、検知コイル２４０ａ及び２４０ｂが正確にバランスをとって、反射磁場２９５におけるわずかな歪みを検出できるようにすることができる。
【００３８】
図７に、埋め込み型装置の相対位置を判定し、従って充電器／装置の位置合せを改善する方法をユーザに示すことによって結合を最大化することができる改善した外部充電器２１０の別の実施形態を示す。前の実施形態では、ｘ−ｙに基づくセンサを使用した。しかしながら、一次コイルの中心軸２７５に対して三角配置した３つの検知コイルの実施形態を使用して、位置を「三角測量する」こともできる。このような実施形態では、一次コイル１３０内の一次コイル１３０と平行な平面に３つの磁場検知コイル２３０が配置される。磁場検知コイル２３０は、このコイルを通過する反射磁場２９５の量を検出するように設計される。検知コイル２３０の断面積は、反射磁場２９５に対する感度を高めるように最大化すべきである。例えば、コイル２３０を空心コイル又はフェライトコアコイルとして構築することができる。検知コイル２３０内で誘起される相対的反射磁場の強度を比較することにより、埋め込み装置の位置を「三角測量」し、すなわち外部充電器２１０の位置表示回路２７９（図５Ｃ〜図５Ｆ）がこの位置を判定することができる。このような三角測量技術を図６Ａ〜図６Ｃのコイル２４０に適用することもできる。
【００３９】
図８は、（磁場検知コイル２３０、磁場検知コイル２４０又はその他の同様のコイルで構成することができる）磁場検知コイル２３５と、磁場の反射を測定するための整列度検知回路２８１と、位置表示回路２７９とを含む、磁場を発生させるための改善した外部充電器２１０を備える改善した整列度検出システムのブロック図である。埋め込み型装置の回路２２８は、上記図２を参照しながら説明したものと類似しており、説明を簡単にするためにブロックで示す。上述したように、整列度検知回路２８１は、磁場検知コイル２３５を読み取るための回路を含み、外部充電器２１０のＰＣＢに取り付けることができる。整列度検知回路２８１は、磁場検知コイルの情報を位置表示回路２７９へ送り、この回路２７９が、埋め込み型装置１００と外部充電器２１０の間の整列度を識別する。次に、位置表示回路２７９は、外部充電器２１０の埋め込み型医療装置１００に対する整列度を改善するために外部充電器２１０を動かすべき方向をユーザに示す。このような表示は、以下に限定されるわけではないが、外部充電器２１０（図１０を参照）の表面上で点灯するように構成できるＬＥＤ照明２９５などの視覚インジケータを起動させること、ユーザに対するビープ音又は言葉による指示などの可聴インジケータを起動させること、又は外部充電器２１０を特定の方向に動かす必要があることを示すために外部充電器２１０の所定の側を振動させるような触覚インジケータを起動させることを含む様々な方法で行うことができる。
【００４０】
多くの場合、外部充電器２１０は患者の背中又は臀部に接触して設置されるので、患者が充電器の整列度を改善する方法を示す情報を外部充電器２１０から受け取ることが困難な場合がある。より良好な位置決定情報を患者に提供するために、外部充電器２１０は、任意に埋め込み型医療装置の治療上の設定を制御するためのリモコン装置２１８などの別の外部装置に通信リンク２５０を介して不整列情報を伝達することができる。その後、この外部装置が、外部充電器２１０の埋め込み型医療装置１００に対する整列度を改善するために外部充電器２１０をどのように動かすべきかを示す。この種の通信は、２００９年６月２日に出願された同一出願人による米国特許出願公開第１２／４７６，５２３号に記載されている。
【００４１】
図９は、外部充電器２１０のＩＰＧ１００との正しい整列を確実にするための技術の１つの実施形態を詳述するフロー図である。まず、ユーザが、外部充電器２１０を自分の体２７８の表面に配置して、ＩＰＧ１００の既知の近傍に設置する（３１０）。この時点で、患者は、外部充電器２１０を作動させてＩＰＧ１００の充電を開始する（３２０）。外部充電器２１０の初期設定は、最大電力出力である。外部充電器は、ＩＰＧ１００が完全に充電された（３３０）という指示を受け取らない限りＩＰＧ１００を充電し続ける。外部充電器２１０がＩＰＧ１００を充電している際、外部充電器２１０内の整列度検知回路２８１が、外部充電器２１０内の複数の検知コイル２３５から得た電気的測定値に少なくとも部分的に基づいて充電器のＩＰＧ１００との整列度を検知し、位置表示回路２７９がＩＰＧ１００の位置を計算する（３４０）。この計算は、整列が良好でなくなったときにはいつでもユーザに修正措置を示してその後の段階でこれを講じることができるようにリアルタイムで行われる（３４０）。ＩＰＧ１００と外部充電器２１０が正しく整列している（３５０）場合、外部充電器２１０は、ＩＰＧ１００が完全に充電された（３３０）という指示を受け取るまでＩＰＧ１００の内部電源１８０を充電し続ける。外部充電器２１０が、ＩＰＧ１００と外部充電器２１０が正しく整列していない（３５０）と判定した場合、外部充電器２１０は、整列を改善するために外部充電器２１０をどの方向に動かすべきかを（上述した様々な方法の１つを通じて）ユーザに示す（３６０）一方で、ＩＰＧ１００を依然として充電し続ける。外部充電器２１０は、ＩＰＧ１００の内部電源１８０が完全に充電された（３３０）と判断すると、可聴ビープ音又はその他の可視指示を通じて充電処理が完了したことをユーザに示す（３７０）。
【００４２】
図１０に、埋め込み型装置を充電するための改善した外部充電器２１０の１つの実施形態を示す。外部充電器２１０を、親機２９６に着座した状態で示している。この実施形態では、外部充電器２１０の表面に、１つの矢印形ＬＥＤが外部充電器２１０の個々の縁部を指し示す４つの矢印形ＬＥＤ光２９５が配置される。位置表示回路２７９は、埋め込み型装置１００と良好に整列するために外部充電器２１０をどの方向に動かすべきかを判断したときに適当な制御信号を送り、ＬＥＤ光２９５の１又はそれ以上を点灯してユーザにその方向を示すことができる。位置測定回路２７９が、外部充電器２１０の一次コイル１３０と埋め込み型装置の間に満足できる程度の整列度が存在することを検出した場合、位置表示回路２７９が制御信号を送って、充電中に再び不整列状態を検知するまで各ＬＥＤ光２９５の電源を切る。
【００４３】
本発明の特定の実施形態を図示して説明したが、上述の説明は本発明をこれらの実施形態に限定することを意図するものではない。当業者には、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく様々な変更及び修正を行えることが明らかであろう。従って、本発明は、特許請求の範囲により定義される本発明の思想及び範囲に含めることができる代替物、修正物及び均等物を含むことが意図される。
【符号の説明】
【００４４】
１００  ＩＰＧ（埋め込み型パルス発生器）
１０１  容器
１１４  電流
１３０  一次コイル
１６０  磁束線
１７０  ＡＣ電流源
２１０  外部充電器
２３０ｘ１  磁場検知コイル
２３０ｘ２  磁場検知コイル
２３０ｙ１  磁場検知コイル
２３０ｙ２  磁場検知コイル
２７０  コイル
２７５  コイル軸
２７６  コイル軸
２７８  皮膚
２９０  ＥＭ（電磁）場
２９５  反射磁場
【図１】
0005469245.tif 000002
【図２】
0005469245.tif 000003
【図３】
0005469245.tif 000004
【図４Ａ】
0005469245.tif 000005
【図４Ｂ−Ｃ】
0005469245.tif 000006
【図５Ａ】
0005469245.tif 000007
【図５Ｂ】
0005469245.tif 000008
【図５Ｃ】
0005469245.tif 000009
【図５Ｄ】
0005469245.tif 000010
【図５Ｅ】
0005469245.tif 000011
【図５Ｆ】
0005469245.tif 000012
【図５Ｇ−Ｈ】
0005469245.tif 000013
【図６Ａ】
0005469245.tif 000014
【図６Ｂ】
0005469245.tif 000015
【図６Ｃ】
0005469245.tif 000016
【図７】
0005469245.tif 000017
【図８】
0005469245.tif 000018
【図９】
0005469245.tif 000019
【図１０】
0005469245.tif 000020